Az “AC” “A” “F” “B” és “B+” típusú fi-relék tulajdonságai és alkalmazásuk az épületvillamosság különböző területein.

Az elmúlt évtizedekben hatalmas fejlődésen mentek keresztül a hibaáram védelmi készülékek. Nagyon fontos különbséget tenni a különböző típusok között, és tisztában kell lenni azzal is, hogy az épületvillamosság legkülönbözőbb területein mikor és melyiket kell alkalmazni.

A típus jelére koppintva, vagy kattintva közvetlenül a keresett típushoz ugorhat a cikkben. De végig is olvashatja az egész cikket is. Igaz, kb.: 10-15 percet vesz igénybe, de a típusokkal és azok tulajdonságaival képben lesz az olvasó.

ac típusú áram-védőkapcsoló.
a típusú áram-védőkapcsoló.
f típusú áram-védőkapcsoló.
b éd b+ típusú áram-védőkapcsoló.

Az „AC” típusú Fi-relé tulajdonságai és alkalmazása:

Az AC típusú áram-védőkapcsolók alkalmazását személyvédelemre számos európai országban tiltják a szabványok. Ennek ellenére Magyarországon ez a legelterjedtebb típus még mindig. Ma már célszerű mellőzni az AC típus beépítését. Háztartások megkerülő áram védelmére is már az “A” típusú védelem felel meg leginkább. Az olyan áramkörök hibaáram védelmére viszont továbbra is kiválóan alkalmazható melyek ohm-os fogyasztókat táplálnak. Ohm-os fogyasztó például a hagyományos főzőlappal rendelkező és tűzhelyek és sütők, vagy az elektromos hőtárolós vízmelegítők többsége. Az AC típusú ÁVK kettő és négy pólusú verzióban érhető el.

Kettő és négy pólusú AC típusú áram-védőkapcsoló (ÁVK). Az AC típusú fi-relé csak a szinuszos hiba áramok érzékelésére képesek.
Ezek a típusok képviselik tudásban és árban is a belépő szintet.

Miért nem ajánlott az AC típusú védelmi készülék alkalmazása?

Mindig figyelembe kell venni azt a tényt, hogy az elektromos hálózathoz kapcsolt fogyasztok hatást gyakorolnak az áram-védőkapcsolókra. Ezek a hatások általában nem kívánatosak. Az AC típus csak és kizárólag váltakozó megkerülő áramok érzékelésére képesek. Ha a hibaáram egyenáramú összetevőt is tartalmaz, a vasmagnak csökken az érzékenysége, esetleg telítődik. Ebben az esetben fennáll a reális veszélye annak, hogy váltakozó hibaáram sem fogja a védelmi készüléket kioldani. Ezzel a veszéllyel feltétlenül számolni kell. A háztartásokban ma már számtalan olyan fogyasztó készülék van használatban, aminek a hibaárama egyenáramú összetevőt is tartalmazhat.

Az AC típusú ÁVK által érzékelt hibaáram jelalakok:

Az AC típusú áram-védőkapcsoló által érzékelt hibaáram jelalakok.
Az AC típusú fi-relé csak a tisztán szinuszos hibaáram érzékelésére képes.

Hirtelen létrejövő vagy lassan emelkedő tisztán szinuszos váltakozó hibaáram érzékelésére képes, 50Hz-s hálózati frekvencián. Nyilván azért nem kell azonnal eltemetni ezt az AC típust, de ha villanyszerelési munkálatok folynak, vagy esetleg meghibásodás miatt új ÁVK-t kell bekötni, már az A típust célszerű választani.

Az “A” típusú Fi-relé.

Magyarországon kevésbé terjedt el az áram-védőkapcsolóknak az A típusú verziója, pedig sokkal kifinomultabb és megbízhatóbb védelmet biztosít, mint a jóval elterjedtebb AC típus. Elsősorban az A típus viszonylag jelentős felára lehetett az ok, ami miatt háztartások esetében a megrendelők és a villanyszerelő szakemberek is inkább az AC fajtájú fi-relé beépítése mellett döntöttek. Ez mára szerencsére megváltozott. Szinte az összes neves gyártó kínálatában szerepel lakossági ügyfeleket megcélzó védelmi készülék család, melynek részeként az AC típus mellett elérhetővé váltak néhány ezer forintos felárral az A Típusú fi-relék is.

Kettő és négy pólusú A típusú áram-védőkapcsoló (ÁVK).
Az „A” típusú fi-relét célszerű a háztartások esetében is telepíteni. Az „AC” típushoz képest mindössze néhány ezer forint az eltérés.

Ez azt jelenti, hogy 10K alatt lehet 4 pólusú 30mA érzékenységű 40A névleges áramú A típusú áram-védőkapcsolót vásárolni, így az ár már nem lehet akadálya az A típus beépítésének. Jelenleg itthon nem kötelező az A típus alkalmazása, de ennek ellenére a háztartások hibaáram védelmére is kizárólag az A típusú fi-relét érdemes alkalmazni.

Az “A” típusú Fi-relé tulajdonságai és alkalmazása:

Az A típus minden hibaáram jelalakot képes detektálni amire az AC típus képes, valamint a működési elvük is megegyezik. Viszont van néhány fontos különbség a két típus között. Az A típusú fi-relé a pulzáló egyenáramú (szinusz-félhullámú) megkerülő áramok érzékelésére is képes. Ezen felül 6mA-nál nem nagyobb, tiszta egyenáramú összetevő is jelen lehet a hibaáramban vagy a szivárgó áramban. A maximum 6mA DC áramú összetevő jelenléte mellett is, az A típusú fi-relé megbízhatóan fog működni hiba esetén.

Az “A” típusú fi-relé érzékeli a hirtelen fellépő, vagy lassan emelkedő váltakozó áramot, pulzáló egyenáramot.
Az “A” típusú ÁVK érzékeli a hirtelen létrejövő és lassan emelkedő szinuszos váltakozó áramot. Valamint a hirtelen létrejövő és lassan emelkedő pulzáló egyenáramot.

A gyártok kifejezetten erre a célra kifejlesztett vasmagot építenek ebbe a védelmi készülékbe. Ezek a vasmagok speciális összetevőket is tartalmaznak melynek következtében számos fizikai tulajdonságuk megváltozik, mint például a permabilitás, anyag sűrűség vagy a tömeg. Itt azért fontos megjegyezni, hogy a DC hibaáram érzékelésére képtelen, csupán a működését nem befolyásolja negatívan az, ha 6mA-nál nem nagyobb tiszta egyenáramú összetevő szuperponálódik a váltakozó szinuszos, vagy a pulzáló egyenáramú hibaáramra.

Mi teszi indokolttá az “A” típusú fi-relé alkalmazását?

Számtalanan olyan készülék van, amelyeknek a működéséhez DC áram előállítására van szükség. Ezeknek a készülékeknek a tápegységei állítják elő a működéshez szükséges egyenáramot úgy, hogy az elektromos hálózatból (230V/50Hz) nyert energiát egyen irányítják. Ebben az esetben a félvezető és kapcsoló elemek a hálózati transzformátor szekunder oldalán helyezkednek el, ami azt jelenti nincsenek galvanikus kapcsolatban a tápláló hálózattal. De sajnos a hagyományos analóg vezérléssel rendelkező tápegységek jellemzően rossz hatékonysággal működnek. Veszteségeik mellett a méretük és súlyuk is egyre nagyobb problémát jelent az elektronikai készülék gyártóknak. Az energia hatékonyság növelése, valamint az előállítási költségek csökkentéséért folytatott állandó harc új megoldások fejlesztését követelték meg. Ez a kapcsoló üzemű tápegységek kifejlesztését és elterjedését eredményezte.

Egyszerűsített példa kapcsolási rajz analóg, azaz vezéreletlen tápegységre.
A Greatz-híd a hálózati transzformátor secunder oldalán helyezkedik el, ami tökéletes galvanikus leválasztást valósít meg.

A hagyományos analóg tápegységgel rendelkező elektromos szerkezetek félvezető és kapcsoló elemei, a hálózati transzformátor által galvanikusan el vannak választva.

És ennek mi köze van az áram-védőkapcsolókhoz?

A kapcsolóüzemű tápegységek alkalmazásával méret és súlycsökkenést, de legfőképpen energia takarékos üzemeltetést lehet elérni. Ezért az elektromos szerkezetek csaknem mindegyike ma már kapcsolóüzemű tápegységgel rendelkezik. A kapcsolóüzemű tápegységek merőben más vezérlési technólógiát alkalmaznak, mint a hagyományos tápegységek. Ebben az esetben a tápegység félvezető és kapcsoló elemei galvanikus kapcsolatban vannak az elektromos hálózattal. Ezeknek a fogyasztóknak a hibaáramai és szivárgó áramai olyan egyenáramú összetevőket, és a hálózati feszültség jelalakjától eltérő jelalakot is tartalmazhatnak, melyek az AC típusú ÁVK működését befolyásolják, késleltetik súlyosabb esetben akár meg is gátolhatják. Kapcsolóüzemű tápegységek biztosítják például a számítógépek, nyomtatók, monitorok tápellátását. Sok esetben a háztartási gépek gyártói is előírják az A típusú megkerülő áram védelmet, például egyes mosó és mosogató gépek, klíma berendezések, illetve indukciós főzőlapok esetében. Örök klasszikus példa még dimmer alkalmazása, de szintén megkövetelik ezt a típusú védelmet az elektronikus előtétek, és a LED fényforrásokat meghajtó első érintésvédelmiosztályba sorolt tápegységek is. De a sort végtelenségig lehetne még folytatni.

Az “A típusú áram-védőkapcsoló alkalmazásának fő oka az olyan kapcsolóüzemű tápgyeséggel szerelt elektromos szerkezetek, melyek csatlakoznak a berendezés védővezetőjéhez is.
Az egyenirányító és egyéb félvezető, illetve kapcsoló elektronikák a nagyfrekvenciás transzformátor primer oldalán helyezkednek el a kapcsoló üzemű tápegységek esetében.

Az “A” típusú fi-relé fel van készítve az olyan mai modern eszközök hibaáramainak megbízható érzékelésére melyek csatlakoznak a berendezés védővezetőjéhez is. Az, hogy mennyire fontos érintésvédelmi szempontból a tisztán szinuszos hibaáram mellett a félhullámú hibaáramokat is érzékelje az áram-védőkapcsoló, az abból is látszik, hogy számos európai országban legalább az “A” típust kell alkalmazni személyvédelemre. Az AC típus beépítését nem engedélyezik ilyen céllal.

Az „F” típusú Fi-relé.

Az „F” típusú áram-védőkapcsoló alkalmazását az egyfázisú frekvenciaváltók (inverterek) teszik indokolttá. Az elektronikus hajtás vezérlők segítségével fokozat mentesen változtatható meg a hálózati feszültségről táplált aszinkron (indukciós) motorok fordulatszáma. Segítségével az aszinkron motor teljesítménye az éppen aktuális igényekhez igazítható. Az energiatakarékosság egyre nagyobb jelentőséggel bír, és egyre fontosabb, hogy mindig az aktuális igények megfelelő fordulatszám és teljesítményszint legyen előállítva. A hajtás technikai kapcsolások alkalmazásával jelentős mennyiségű energia takarítható meg, ami környezetvédelmi és anyagi szempontból is kiemelt fontosságú. Ezért az ipar területén a hajtások nagy számban vannak használva különböző feladatokat ellátó elektromos motorok fokozatmentes fordulatszám vezérlésére. De tévedés azt gondolni, hogy az egyfázisú feszültség- és frekvenciaátalakítókat csak az ipar alkalmazza.

Az F típusú áram-védőkapcsoló 1000Hz (1Khz) tartományban képes a hibaáram érzékelésére.
Az „F” típusú áram-védőkapcsolók szintén meg vásárolhatók 2 és 4 pólusú kivitelben, és a működési elve megegyezik az AC és A típuséval.

A háztartásokban is számos készülék van felszerelve frekvenciaváltóval. A modern és magas energiahatékonysági besorolással rendelkező mosógépek, mosogatógépek klímaberendezések, keringető szivattyúk és hőszivattyúk frekvenciaváltó technológiát használnak az aszinkron motorok gazdaságos meghajlítására. De az egy fázisú frekvenciaváltók, vagy az azzal szerelt villamos szerkezetek komolyabb védelmet követelnek meg, mint az „AC” és „A” típusú áram-védőkapcsolók nyújtani tudnak. Az egyfázisú hajtások esetén még nincs szükség B típusú védelemre, de az A típus nem szolgáltat teljeskörű hiba és nem kívánatos lekapcsolás elleni védelmet. Az A és a B jelzéssel ellátott készülékek között nem csak árban, de tudásban is hatalmas a szakadék. Az F típusú ÁVK a kettő között lévő űrt igyekszik kitölteni, tehát minden képen hiányt pótló megoldás az épületvillamosság területén.

A szakszerű hibaáram védelmet az egyfázisú frekvencia váltók esetében “F” típusú fi-relé képes biztosítani.

Miért szükséges az egyfázisú frekvenciaváltók (inverterek) esetében „F” típusú áram-védőkapcsolót alkalmazni?

Az egyfázisú frekvenciaváltó váltó kimenetén széles tartományban változtatható a frekvencia. Ha a szigetelési probléma az egy fázisú frekvencia váltó kimenete és a meghajtott motor között jön létre, akkor ennek megfelelően a hibaáram frekvenciája el fog térni a hálózat névleges (50hz) frekvenciájától. Az A és az AC típusok 50Hz vagy 50/60Hz-es hibaáramok érzékelésére vannak felkészítve és a tesztelésük is az adott frekvencián történik, és ennek megfelelően a működésüket is csak ezen a frekvencián garantálják. Ezzel szemben az F típus 1000Hz-ig képes érzékelni a hiba áramokat.

Alkalmazási példa az F típusú áram-védőkapcsolóra:

Alkalmazási példa az “F” típusú áram-védőkapcsolóra. Egy aszinkron motor fokozatmentes meghajtását frekvenciaváltó végzi.
Az egyfázisú frekvenciaváltók által produkált összes hibaáramra képes reagálni az “F” típusú áram-védőkapcsoló.

1.A frekvenciaváltó bemenetén létrejövő hibaáram szinuszos. Az itt létrejövő hibaáramot az “AC” “A” és “F” típusú ÁVK egyaránt képes érzékelni.

2.Az egyenirányító után pulzáló DC hibaáram jön létre. Ezt a megkerülő áramot az “A” és az “F” típus érzékeli.

3.A hajtás kimenetén megjelenő feszültség szinuszos, de eltér hálózat frekvenciájától. Ennek megfelelően fog a hibaáram frekvenciája is alakulni. Mivel a frekvencia tartomány viszonylag széles, ezért csak az F típusú ÁVK nyújt megbízható védelmet.

Az F típusú Fi-relé tulajdonságai:

Az „F” típusú áram-védőkapcsoló ugyan azon hibaáram jelalakok érzékelésére képesek, mint az „A” típus (hirtelen fellépő és lassan emelkedő AC és pulzáló DC), és a működési elve is megegyezik vele. Viszont van néhány kulcsfontosságú különbség az „A” és az „F” típus tulajdonságai között.

A legfontosabb eltérés, hogy az „F” típusú fi-relé alkalmas arra, hogy a testzárlat következtében létrejövő megkerülő áramokat viszonylag széles frekvencia tartományban is megbízhatóan érzékelje. Ez a frekvencia tartomány az „F” típus esetében 10hz-től egészen 1Khz-ig terjed. Ilyen összetett frekvenciájú váltakozó áramú hibaáram jellemzően az egyfázisú frekvenciaváltók, vagy egyfázisú frekvencia váltót tartalmazó készülékek képesek produkálni

Az egyenáram jelenléte áramösszegző transzformátor kis tömegű vasmagjának telítődését okozza. Ez a hatás finoman szólva nem kívánatos az áram-védőkapcsolók esetében sem. Ha vasmag telítődik az egyenáramú összetevő miatt a váltakozó hibaáram sem fogja a készüléket megbízhatóan működtetni. Fontos kihangsúlyozni, hogy a DC hibaáram érzékelésére nem képes az F típus, de a hibaáram egyenáramú összetevője 10mA-ig (A típusú védelem esetében 6mA) garantáltan nem befolyásolja negatívan az F típus működését.

A “F” típusú áram-védőkapcsoló (ÁVK) az összes olyan hibaáram jelalak érzékelésére képes amit az “AC” és az “A“ típus érzékelni tud.
A hibaáram 10mA tiszta DC összetevőt is tartalmazhat anélkül, hogy befolyásolná a működést, illetve a frekvenciája egészen 1Khz-ig emelkedhet.

A „F” típusú védelmi készülék kicsi, 10ms-os késleltetéssel rendelkezik, amihez 3KA lökőáram álló tulajdonság is társul. Mind ez annak érdekében, hogy azoknak a nem kívánatos lekapcsolásoknak a számát minimálisra csökkentse, amelyeket az üzemszerűen létrejövő, gyorsan lefutó tranziens megkerülő áramok okoznak. Jellemzően az összetett felharmonikus tartalomból adódó szivárgó áramok az egyfázisú frekvenciaváltók kimenetén is meg jelennek.

Az F típus 10mA-ig tolerálja a DC összetevőt, változó frekvencián is detektálja a hibaáramot.

Összességében az „F” típusú áram-védőkapcsoló alkalmazásával magasabb szintű berendezés és személy védelmet lehet biztosítani, és nem csak ott, ahol egyfázisú frekvencia váltó van működtetve. A tulajdonságainak köszönhetően, alkalmazásával a téves, nem kívánt lekapcsolások számát is minimálisra lehet csökkenteni. Sajnos ennek a viszonylag új fejlesztésű áram-védőkapcsolónak az ár képzése nem éppen baráti. A belépőszint 100 és 150 Eurós tartományban helyezkedik el a paramétereinek függvényében. Az egyfázisú hajtások vagy beépített egyfázisú frekvenciaváltóval rendelkező szerkezetek hibaáram védelmére feltétlenül ajánlott, de nem valószínű, hogy a háztartásokban történő alkalmazása elterjedt lesz egyelőre az ára miatt.

B és B+ típusú Fi-relé:

B és a B+ típusok jelenleg a legmagasabb szintű biztonsági és technikai színvonalat képviselik. B típus rendelkezik az AC, A és F típusú fi-relé minden tulajdonságával, de a váltakozó hibaáram mellett a tiszta dc hibaáram érzékelésére is képesek. Minden olyan váltakozó áramú rendszerben alkalmazható, ahol DC hibaáram megjelenésére kell számítani. Ilyen terület például a szünetmentes áramellátó rendszerek, számítógép parkok vagy a napelemes megoldások, háromfázisú frekvenciaváltók, de B típusú megkerülőáram védelemre van szükség az elektromos autók töltőrendszereinek az esetében is. Fontos kihangsúlyozni, hogy a B és B+ típusú fi-relé csak váltakozó áramú 50/60Hz-es hálózaton használhatok, tehát nem alkalmazható egyenáramú vagy a megadottól eltérő frekvencián üzemelő áramkörökben.

Egyen és váltakozó áramú hibaáramra érzékeny áram-védőkapcsolók, B és B+ típus.
Az univerzális hibaáram érzékelésre a B és a B+ típusú áram-védőkapcsolók képesek.

Az univerzális hibaáram érzékelésnek sajnos megvan az ára. Jellegükből adódóan, és a többi áram-védőkapcsolóhoz mérten igen összetett. B típusú védelmi készülékek belépő ára kb.: 800 Eurótól indul, a B+-os verzióért ennél is többet kérnek kb.: 1000 Euró az induló ár.

B és a B+ típusú áram-védőkapcsoló működési elve:

Ezek a védelmi készülékek két, egymással párhuzamosan kapcsolt érzékelő rendszerrel (két toroiddal) vannak ellátva. Az egyik toroid váltakozó áramú és a pulzáló egyenáramú hibaáramokat, a másik toroid az egyenáramú hibaáramokat érzékeli. Az üzemi vezetők mind a két toroidon át vannak vezetve. Az első elektromechanikus módon, és függetlenül működik a hálózati feszültségtől mint az AC, A és az F típus esetében is.

B és B+ típusú áram-védőkapcsoló felépítése és főbb szerkezeti elemei.
Az AC, A és F típusokhoz képest igen bonyolult és összetett védelmi készülékek a B, B+ típusú áram-védőkapcsolók.
  • a, I. Áramösszegző transzformátor. Váltakozó és a pulzáló egyenáramú megkerülő áramokat érzékeli.
  • b, II. Áramösszegző transzformátor. A tiszta egyenáramú megkerülő áramokat érzékeli.
  • c, Az első transzformátor szekunder tekercselése.
  • d, A második transzformátor szekunder tekercselése.
  • e, Elektronika az áram-védőkapcsoló kioldásához DC hibaáram jelenlétének az esetében.
  • f, Állandó mágnes kioldó relé.

Viszont a második toroidnak a dc hibaáram érzékeléséhez szüksége van egy minimális tápfeszültségre. Működése a ferromágneses anyagok telítési (szarurációs) mágnesezettségén alapszik. Ha DC megkerülő áram jelenik meg akkor a vasmag telítődik. Ennek következtében a vasmagnak megváltozik a mágneses permabilitása. Ezt egy elektronika érzékeli és jelet küld a kioldórelének. Köszönhetően a két különálló érzékelő rendszernek, a B és B+ típusú áram-védőkapcsolók gyakorlatilag bármilyen fajta hibaáram érzékelésére képesek.

Alkalmazási példa B és a B+ típusú fi-relére:

B és B+ típusú ÁVK alkalmazására a legjobb példa a háromfázisú változtatható fordulatszámú hajtások alkalmazása. Az indukciós motorok a legelterjedtebb elektromos motorok, felhasználásuk széles körben elterjedt. A gazdaságos és hatékony üzemeltetésük a fordulatszámuk szabályozásával érhető el. A fordulatszám szabályozása viszont a frekvencia változtatásával lehetséges amihez már frekvenciaváltóra van szükség. A három fázisról táplált aszinkron motorok meghajtását biztosító készülékeknek az esetében több fajta hibaáram létrejöttére is lehet számítani. Váltakozó áramú hibaáram (50Hz) hálózati frekvencián, egyenáramú hibaáram és váltakozó áramú hibaáram széles skálán elterülő frekvencián. Mivel a B és a B+ típus mindegyik hibaáram fajtát képes érzékelni, ezért ezeknek a szerkezeteknek a hibaáram védelmére csak ez a készülék jöhet szóba.

A három fázisú frekvenciaváltók hibaáramai egyenáramú összetevőket is tartalmazhatnak, illetve szinuszos hibaáramot váltakozó frekvencián.
A három fázisú fokozat mentes hajtás, és a rendszer különböző pontjain létrejöhető hibaáramok jellege.

1. Ha a háromfázisú frekvenciaváltó bemenetén keletkezik testzárlat, akkor a föld irányában tisztán szinuszos 50Hz-es váltakozó áram fog megindulni. Az ezen a ponton létrejövő hibaáram detektálására képes az AC, A, F és a B típusú Fi-relé.

2. A váltakozó feszültség egyenirányítását 6 pólusú egyenirányító híd végzi. Testzárlat esetén az itt megjelenő megkerülő áram egyenáram. Az ezen a ponton létrejövő megkerülő áram érzékelésére már csak a B típusú védelmi készülék képes.

3. Az inverter az egyen (DC) feszültséget váltakozó (AC) feszültséggé alakítja, az aktuális igényeknek megfelelő frekvencián. A háromfázisú frekvenciaváltó kimenetétől egészen az aszinkron motorig testzárlat esetén váltakozó megkerülő áram jön létre széles frekvencia tartományban. Megjelenhet DC összetevő hibaáram, is függően a frekvenciaváltó üzemmódjától. Ezért a háromfázisú motor meghajtások esetében szintén B típusú ÁVK-t szükséges installálni.

B és a B+ típusú Fi-relék közötti különbségek:

Mind a kétfajta AC és a pulzáló DC megkerülő áramokat széles frekvencia tartományban képes érzékelni. Ez a frekvencia tartomány a B típus esetében 2Khz-ig terjed, és a B+ típus esetében már 20Khz-ig.